FR2647379A1 - METHOD AND DEVICE FOR FEEDING LIQUID METAL FROM A MOLD - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un procédé etThe present invention relates to a method and
un dispositif d'alimentation en métal liquide d'un moule. a liquid metal supply device of a mold.
La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif d'alimentation en alliage ferreux, d'un moule constitué d'un modèle perdu gazéifiable noyé dans un matériau de moulage granulaire non lié, qui The present invention more particularly relates to a method and a feed device ferrous alloy, a mold consisting of a gasifiable lost model embedded in an unbound granular molding material, which
supprime l'apparition du phénomène de carbone brillant. suppresses the appearance of the brilliant carbon phenomenon.
Dans les installations de ce type, un modèle perdu gazéifiable, en polystyrène expansé, est utilisé à chaque coulée. Ce modèle, une fois produit, est recouvert d'un revêtement réfractaire puis placé dans le moule proprement dit o il est noyé dans un matériau granulaire, In installations of this type, a gasifiable lost model made of expanded polystyrene is used at each casting. This model, once produced, is covered with a refractory coating and placed in the actual mold where it is embedded in a granular material,
généralement du sable, qui est compacté par vibrage. usually sand, which is compacted by vibrating.
Le moule est alors réalisé et peut être alimenté en métal liquide qui vaporise alors le modèle perdu gazéifiable. Ce procédé est connu sous la dénomination générale The mold is then made and can be fed with liquid metal which then vaporizes the lost gasifiable model. This process is known under the general name
de coulée en moule plein.full mold casting.
Dans les cas de réalisations de pièces en alliages ferreux à hauts points de fusion comme la fonte ou l'acier, le matériau constituant le modèle perdu n'est pas toujours entièrement vaporisé. De plus il arrive fréquemment que les constituants du modèle perdu, qui ont été vaporisés dans un In the case of realizations of ferrous alloy parts with high melting points such as cast iron or steel, the material constituting the lost model is not always fully vaporized. In addition it frequently happens that the constituents of the lost model, which have been vaporized in a
premier temps, se recondensent partiellement ensuite. first time, partially recondensent afterwards.
Dans les deux cas il se forme alors des résidus In both cases, residues are formed
carbonés à la surface de la pièce moulée. carbonaceous on the surface of the molded part.
Dans le cas de pièces à faible teneur en carbone, comme les aciers, les résidus carbonés se dissolvent dans In the case of low carbon parts, such as steels, carbon residues dissolve in
le métal liquide.the liquid metal.
Malgré tout, même dans ce cas, les conséquences ne sont pas négligeables puisqu'il apparaît alors dans la pièce un gradient de teneur-en carbone, la surface de la Nevertheless, even in this case, the consequences are not negligible since there appears in the piece a carbon content gradient, the surface of the
pièce étant plus riche en carbone que le corps de la piece. room is richer in carbon than the body of the room.
Ainsi, les pièces en acier à faible taux de carbone garanti ne pouvaient jusqu'à présent être fabriquées selon Thus, the guaranteed low carbon steel parts could not be manufactured to date
le procédé de coulée en moule plein décrit ci-dessus. the solid mold casting process described above.
Dans le cas de pièces en métal à haute teneur en carbone comme les pièces en fonte ductile les conséquences In the case of high-carbon metal parts such as ductile cast iron
sont encore plus importantes.are even more important.
Il apparaît en effet ce qui est classiquement appelé le carbone brillant et qui se manifeste aléatoirement sous la forme de discontinuités dans l'épaisseur et d'irrégularités à la surface de la pièce moulée qui nuisent In fact, what is classically called brilliant carbon appears and is manifested randomly in the form of discontinuities in the thickness and irregularities on the surface of the molded part which are harmful
à la santé de la pièce.to the health of the room.
Ainsi, jusqu'à présent, il n'existait pas de procédé et de dispositif permettant de façon simple et reproductible de fabriquer des pièces en fonte ductile présentant des caractéristiques mécaniques élevées dans le cadre du procédé en moule plein avec modèle perdu gazéifiable en polystyrène expansé ou tout autre matériau Thus, until now, there was no method and device allowing a simple and reproducible way to manufacture ductile iron parts having high mechanical characteristics in the context of the solid mold process with gasystable expanded polystyrene lost model or any other material
qui se décompose en produisant des résidus carbonés. which breaks down by producing carbon residues.
Pour pallier l'apparition du carbone brillant ainsi que la diffusion du carbone dans la pièce moulée, il a été To overcome the appearance of brilliant carbon and the diffusion of carbon in the molded part, it has been
proposé de changer le matériau constituant le modèle perdu. proposed to change the material constituting the lost model.
C'est ainsi qu'est apparu, en remplacement du polystyrène, le polyméthyl méthacrylate qui, quand il est soumis à une pyrolyse dans le domaine de température des alliages ferreux, se vaporise totalement en ne produisant Thus, in place of polystyrene, polymethyl methacrylate appeared which, when it is subjected to pyrolysis in the temperature range of the ferrous alloys, evaporates completely while not producing
pas de résidus carbones.no carbon residues.
Mais, si ce produit évite l'apparition du carbone But, if this product avoids the appearance of carbon
brillant, il présente d'autres problèmes. brilliant, it presents other problems.
En effet, outre le problème de son prix, il apparaît comme étant moins solide que le polystyrène, ce qui nécessite un accroissement des précautions lors de la manipulation du modèle, et, de plus, il génère une plus grande quantité de gaz qui peut entraîner un refoulement du métal liquide lors de l'alimentation du moule, ce qui Indeed, besides the problem of its price, it appears to be less solid than polystyrene, which requires an increase in precautions when handling the model, and, moreover, it generates a greater quantity of gas which can cause a delivery of the liquid metal during feeding of the mold, which
nécessite de doubler le temps de remplissage du moule. requires doubling the filling time of the mold.
La présente invention a donc pour but de résoudre The present invention therefore aims to solve
les problèmes ci-dessus.the problems above.
La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif de réalisation de pièces en alliage ferreux par le procédé de coulée en moule plein, dans lequel le modèle perdu gazéifiable est réalisé en un matériau produisant des résidus carbonés dans le domaine des températures de coulée de cet alliage ferreux, qui éliminent les problèmes liés à la production de ces résidus carbonés en supprimant l'apparition de carbone brillant. Les caractéristiques et avantages ressortiront à la The present invention more particularly relates to a method and a device for producing ferrous alloy parts by the solid mold casting process, in which the gasifiable lost model is made of a material producing carbon residues in the range of casting of this ferrous alloy, which eliminate the problems related to the production of these carbon residues by suppressing the appearance of brilliant carbon. The features and benefits will emerge from
suite de la description qui va suivre faite en référence following description which will follow made reference
aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et parmi lesquels: -la Fig.1 représente une installation de coulée en moule to the accompanying drawings given by way of non-limiting example and among which: FIG 1 represents a mold casting installation
plein fonctionnant suivant le procédé selon l'invention. solid operating according to the method according to the invention.
-la Fig.2 représente le circuit de régulation de pression FIG. 2 represents the pressure regulation circuit
selon l'invention.according to the invention.
La demanderesse a découvert que, sous certaines conditions, l'utilisation d'une installation d'alimentation du moule en fonte liquide du type de celle décrite dans le document FR-A-2 295 808 permet d'éviter l'apparition du The applicant has discovered that, under certain conditions, the use of a liquid mold feed plant of the type described in document FR-A-2,295,808 makes it possible to avoid the appearance of the
carbone brillant.brilliant carbon.
Ainsi, comme illustré sur la figure 1, l'installation fonctionnant suivant le procédé selon l'invention comprend une installation 1 d'alimentation en fonte liquide destinée à alimenter un moule 2 constitué d'un modèle perdu gazéifiable 3 noyé dans un sable sans Thus, as illustrated in FIG. 1, the plant operating according to the method according to the invention comprises a liquid iron feed installation 1 intended to supply a mold 2 consisting of a gasifiable lost model 3 embedded in a sand without
liant 4 à l'intérieur d'un caisson 5. binder 4 inside a box 5.
L'installation 1 comporte une enceinte 6 sous pression de gaz à l'intérieur de laquelle est située la The installation 1 comprises a chamber 6 under pressure of gas inside which is located the
fonte liquide destinée à alimenter le moule 2. liquid cast iron for feeding the mold 2.
Cette enceinte 6 comporte un couvercle 7 fixé de façon étanche à l'enceinte 6, une buse de coulée 8 traversant par un orifice 9 le couvercle 7, la jonction entre la buse 8 et le couvercle 7 étant étanche. Cette buse 8 est traversée, verticalement et de part en part, par un tube plongeur 10 qui plonge dans la fonte liquide This enclosure 6 comprises a cover 7 sealingly attached to the enclosure 6, a pouring nozzle 8 passing through an orifice 9 the cover 7, the junction between the nozzle 8 and the cover 7 being sealed. This nozzle 8 is traversed, vertically and from one side, by a dip tube 10 which is immersed in the molten iron
jusqu'au voisinage du plancher de l'enceinte 6. to the vicinity of the floor of the enclosure 6.
L'enceinte 6 est reliée, par'un circuit 12, à une source de gaz sous pression 11 constituée par une enceinte The enclosure 6 is connected, by a circuit 12, to a source of pressurized gas 11 constituted by an enclosure
alimentée en gaz sous pression.fed with pressurized gas.
Le modèle perdu gazéifiable 3, en polystyrène expansé, comprend deux parties, une partie 13 correspondant à la forme de la pièce qui doit être réalisée et une partie 14 constituant le puits de coulée par lequel le métal liquide vient ensuite alimenter les attaques de la The gasifiable bleedable model 3, made of expanded polystyrene, comprises two parts, a part 13 corresponding to the shape of the part to be produced and a part 14 constituting the casting well through which the liquid metal then feeds the attacks of the
pièce à réaliser.piece to realize.
Ce modèle perdu gazéifiable 3 est positionné par sa partie 14 dans un orifice 15 ménagé dans un insert 16 en matériau réfractaire, cet insert 16 étant fixé de façon amovible dans une ouverture 17 ménagée à la base du This gasifiable lost model 3 is positioned by its part 14 in an orifice 15 formed in an insert 16 made of refractory material, this insert 16 being fixed in a removable manner in an opening 17 formed at the base of the
caisson 5.box 5.
Comme on le voit Fig.1, la buse de coulée 8, par son extrémité supérieure, est destinée à venir s'appliquer par contact étanche contre l'insert 16 du châssis 5, le tube As can be seen in FIG. 1, the pouring nozzle 8, by its upper end, is intended to come into contact by sealing contact against the insert 16 of the frame 5, the tube
plongeur 10 communiquant avec l'orifice 15 de l'insert 16. plunger 10 communicating with the orifice 15 of the insert 16.
Des orifices 18 sont ménagés dans les parois latérales 19 du caisson 5 pour relier ce caisson 5 à un Orifices 18 are formed in the side walls 19 of the box 5 to connect this box 5 to a
dispositif de mise sous vide non représenté. vacuum device not shown.
Comme on le voit Fig.2, le circuit 12 présente un dispositif de régulation 20 constitué par une ou plusieurs électrovannes qui commandent la communication entre l'enceinte 6 et la source de gaz sous pression 11. Le dispositif de régulation 20 est relié à un calculateur qui compare en permanence la pression existant dans As can be seen in FIG. 2, the circuit 12 has a regulating device 20 constituted by one or more solenoid valves which control the communication between the enclosure 6 and the source of pressurized gas 11. The regulation device 20 is connected to a calculator that continuously compares the existing pressure in
l'enceinte 6 avec une pression de consigne. the enclosure 6 with a set pressure.
Entre le dispositif de régulation 20 et l'enceinte 6 est placé un réservoir de gaz 21 qui joue le rôle de capacité tampon, reliée à l'enceinte 6 par un conduit 22 de fort diamètre, ce réservoir 21 présentant une fuite 23 Between the regulating device 20 and the enclosure 6 is placed a gas reservoir 21 which acts as a buffer capacity, connected to the enclosure 6 by a conduit 22 of large diameter, this reservoir 21 having a leak 23
permanente.permed.
Il va maintenant être décrit le procédé selon l'invention et la mise en oeuvre du dispositif fonctionnant The method according to the invention and the implementation of the operating device will now be described.
suivant le procédé selon l'invention. according to the process according to the invention.
Selon le fonctionnement classique d'une installation de coulée telle que celle décrite dans le document FR-A-2 295 808, la buse 8 est appliquée de façon étanche contre l'insert 16 du caisson 5 à la face inférieure de According to the conventional operation of a casting installation such as that described in document FR-A-2 295 808, the nozzle 8 is applied in a sealed manner against the insert 16 of the box 5 on the lower face of
celui ci.this one.
A la suite de cela, l'enceinte 6 sous pression contenant la fonte liquide voit sa pression P augmenter à une certaine vitesse dP/dT ( T représentant le temps) de telle sorte que la fonte liquide contenue dans l'enceinte monte dans le tube plongeur et pénètre dans le caisson 5 Subsequently, the pressure chamber 6 containing the molten iron has its pressure P increase at a certain speed dP / dT (T representing the time) so that the liquid iron contained in the chamber rises in the tube diver and enters the box 5
par l'orifice 15 de l'insert 16 à un certain débit. through the orifice 15 of the insert 16 at a certain flow rate.
Le modèle perdu 3 se vaporise alors sous l'action de la chaleur de la fonte liquide injectée dans le moule 2 au The lost model 3 then vaporizes under the action of the heat of the liquid iron injected into the mold 2
fur et à mesure que le moule 2 se remplit. as the mold 2 fills.
C'est à ce stade de remplissage du moule 2 que, dans It is at this stage of filling of the mold 2 that, in
l'art antérieur, le phénomène du carbone brillant apparaît. the prior art, the phenomenon of shiny carbon appears.
Or la demanderesse a découvert sans pouvoir l'expliquer que, en régulant le débit d'alimentation du However, the plaintiff discovered without being able to explain that, by regulating the feed rate of the
moule en métal liquide, le phénomène ci-dessus disparaît. liquid metal mold, the above phenomenon disappears.
En effet, la demanderesse a découvert que le débit optimal d'alimentation du moule en fonte liquide permettant l'obtention d'une pièce d'o le carbone brillant est exclu est fonction de la géométrie du modèle perdu gazéifiable et plus particulièrement de son rapport S/V, S étant la Indeed, the Applicant has discovered that the optimum feed rate of the cast iron mold to obtain a piece of o shiny carbon is excluded is a function of the geometry of the gasifiable lost model and more particularly of its ratio S / V, S being the
surface du modèle perdu et V son volume. lost model surface and V its volume.
Il apparaît en effet que plus le rapport S/V est faible plus le carbone brillant apparaît, toutes choses étant égales par ailleurs, mais que si on augmente le débit d'alimentation du moule jusqu'a une certaine valeur le It appears in fact that the lower the S / V ratio, the more brilliant carbon appears, all things being equal, but if the feed rate of the mold is increased to a certain value the
phénomène disparaît.phenomenon disappears.
Le procédé selon la présente invention consiste donc à réaliser une pièce en fonte ductile dans un moule constitué d'un modèle perdu en polystyrène expansé noyé dans un sable sans liant, le moule étant alimenté en fonte liquide par sa base par un dispositif d'alimentation constitué d'une enceinte sous pression contenant la fonte liquide, dans lequel le débit d'alimentation du moule en fonte liquide est calculé en fonction du rapport S/V du modèle perdu gazéifiable de telle façon que le phénomène de The method according to the present invention therefore consists in producing a ductile iron piece in a mold consisting of a lost model of expanded polystyrene embedded in a sand without a binder, the mold being fed with liquid iron at its base by a feed device consisting of a pressure vessel containing the molten iron, wherein the feed rate of the cast iron mold is calculated according to the S / V ratio of the gasifiable lost model so that the phenomenon of
carbone brillant n'apparaisse pas.bright carbon does not appear.
N> 2647379N> 2647379
Il convient pour cela d'obtenir une parfaite régulation de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte 6 ce qu'aucun dispositif antérieur ne permettait. C'est ce que permet le dispositif de régulation 20. En effet, quand on veut réguler la pression à l'intérieur d'une poche de coulée, les températures atteintes par les gaz dans ladite poche imposent d'éloigner les électrovannes de celle-ci afin d'éviter que les joints d'étanchéité des électrovannes ne brûlent pendant les phases de descente en pression qui surviennent une fois que It is necessary for this to obtain a perfect regulation of the pressure inside the chamber 6 that no previous device allowed. This is what the regulating device 20 allows. Indeed, when it is desired to regulate the pressure inside a ladle, the temperatures reached by the gases in said ladle make it necessary to move the solenoid valves away from the ladle. in order to prevent the seals of the solenoid valves from burning during the pressure drop phases that occur once
le moule est rempli.the mold is filled.
Il en résulte une constante de temps qui nuit à la This results in a time constant that impairs the
stabilité de la régulation de pression. stability of the pressure regulation.
Or, grâce au réservoir de gaz 21 qui joue le rôle de capacité tampon, la pression est en fait régulée par les électrovannes dans ledit réservoir 21 qui communique avec l'enceinte sous pression 6 par un conduit 22 de gros However, thanks to the gas reservoir 21 which acts as a buffer capacity, the pressure is in fact regulated by the solenoid valves in said reservoir 21 which communicates with the pressure vessel 6 via a conduit 22 of the bulk
diamètre qui limite ainsi les pertes de charge. diameter which limits the pressure losses.
Ainsi, le réservoir 21 permet aux gaz issus de l'enceinte 6 de se refroidir à une température acceptable Thus, the tank 21 allows the gases from the chamber 6 to cool to an acceptable temperature
pour le fonctionnement des électrovannes. for the operation of the solenoid valves.
Par ailleurs, un autre problème de régulation résulte du fait que les gaz introduits dans l'enceinte 6 se réchauffent dans celle-ci ce qui entraîne dans l'enceinte une augmentation de la pression indésirable après que l'on Furthermore, another problem of regulation results from the fact that the gases introduced into the enclosure 6 are heated in it, which causes the enclosure to increase the undesirable pressure after
a cessé d'injecter le gaz.stopped injecting the gas.
Grâce à la fuite permanente 23 qui est ménagée sur le réservoir 21, qui joue le rôle de capacité tampon, le système est en permanence maintenu en admission pendant Thanks to the permanent leak 23 which is formed on the tank 21, which acts as a buffer capacity, the system is permanently maintained in admission during
toutes les phases de remplissage du moule 2. all the phases of filling of the mold 2.
Les faits exposés ci-dessus sont démontrés par les The facts set out above are demonstrated by the
exemples numériques qui suivent.numerical examples that follow.
Pour la réalisation d'un corps de vanne de 17 kg de poids de fonte dans un moule plein alimenté par un installation de coulée telle que décrite ci-dessus, la fonte liquide dans la poche étant à une température entre 1420 C et 1460 C, des débits d'alimentation du moule de 1 kg/s et de 3,3 kg/s ont donné des pièces défectueuses alors qu'un débit de 5,7 kg/s a permis d'obtenir une pièce For the production of a valve body of 17 kg of cast iron weight in a full mold fed by a casting installation as described above, the liquid cast iron in the bag being at a temperature between 1420 C and 1460 C, mold feed rates of 1 kg / s and 3.3 kg / s gave defective parts while a flow of 5.7 kg / s allowed to obtain a part
parfaitement saine.perfectly healthy.
Ceci illustre bien que, en régulant la pression dans la poche d'alimentation et donc le débit d'alimentation dans un procédé en moule plein, on peut obtenir une pièce This illustrates that, by regulating the pressure in the feed bag and thus the feed rate in a full mold process, a part can be obtained.
en fonte ductile d'o le carbone brillant est exclu. made of ductile iron where the bright carbon is excluded.
Par ailleurs, pour la réalisation d'un collecteur d'échappement de 2,1 kg il a été possible d'obtenir une pièce saine à un débit d'alimentation de 3,3 kg/s, ce qui illustre bien que le débit optimal est fonction de la Moreover, for the production of a 2.1 kg exhaust manifold it was possible to obtain a sound part with a feed rate of 3.3 kg / s, which illustrates that the optimal flow rate is a function of the
géométrie de la pièce et donc du modèle perdu gazéifiable. geometry of the piece and thus the gasifiable lost model.
L'invention ci-dessus est applicable de la même façon aussi bien à un moule destiné à la réalisation d'une seule pièce qu'à un moule destiné à la réalisation de plusieurs pièces. Dans ce dernier cas, le modèle perdu gazéifiable est constitué de plusieurs parties, correspondant aux différentes pièces à réaliser, placées en The above invention is applicable in the same way to both a mold for the production of a single piece that a mold for the realization of several parts. In the latter case, the gasifiable lost model consists of several parts, corresponding to the different parts to be produced, placed in
grappe après le puits d'alimentation 14. cluster after the well 14.
2647379'2647379 '
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